骨關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型的研究進(jìn)展

盧向陽　唐芳　馬武開　姚血明　陳琳英　周靜

【摘 要】 骨關(guān)節(jié)炎病因尚不明確，需要?jiǎng)游锬Ｐ蛠硌芯亢皖A(yù)防該疾病?？蒲泄ぷ髡卟捎玫膶?shí)驗(yàn)動(dòng)物模型有很多種，近幾年常用的動(dòng)物模型有自發(fā)性、誘發(fā)性、轉(zhuǎn)基因等，對(duì)這幾類動(dòng)物模型以及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行分析對(duì)比，以方便選擇更合適的動(dòng)物模型。

【關(guān)鍵詞】 骨關(guān)節(jié)炎；動(dòng)物模型；文獻(xiàn)綜述

骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）是一種由多種因素相互作用導(dǎo)致的以關(guān)節(jié)軟骨損害為主的進(jìn)行性骨關(guān)節(jié)疾病[1]。致病因素包括炎癥、創(chuàng)傷、老齡化、肥胖、軟骨細(xì)胞分化或遺傳易感性等[2-3]。臨床表現(xiàn)為關(guān)節(jié)痛、僵硬、肥大、活動(dòng)受限。本病有一定的致殘率，也是中年以上人群?jiǎn)适趧?dòng)力、生活不能自理的主要原因。如今，我國(guó)老年化日趨嚴(yán)重，但還沒有有效的方法治愈OA，只能控制癥狀和延緩疾病發(fā)展，不僅給患者帶來巨大的痛苦，也給國(guó)家?guī)砹松鐣?huì)負(fù)擔(dān)。為解決這一問題，科研工作者們利用動(dòng)物模型探討OA的發(fā)病機(jī)制及治療方法。OA動(dòng)物模型主要有自發(fā)性動(dòng)物模型、誘發(fā)性動(dòng)物模型、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型3種，所選實(shí)驗(yàn)動(dòng)物主要有鼠、兔、大型哺乳動(dòng)物等。本文對(duì)常用的動(dòng)物模型和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的選擇進(jìn)行具體分析對(duì)比，以便科研工作者選擇更合適的造模方法。

1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的選擇

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的選擇是醫(yī)學(xué)科研工作者首先要考慮的問題。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展起到了不可磨滅的作用，臨床上每一種新藥物的產(chǎn)生和診療方法的突破，都離不開動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。選擇實(shí)驗(yàn)動(dòng)物要綜合考慮動(dòng)物疾病的發(fā)病機(jī)制、基因與人類的相似性、動(dòng)物是否容易控制、費(fèi)用、倫理等很多因素。

目前，常用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有小鼠、大鼠、豚鼠、家兔、大型哺乳動(dòng)物等[4]。小鼠飼養(yǎng)方便、易于獲取、費(fèi)用合理、造模周期短；但小鼠跟人類的基因譜差異較大，因而不能完全模擬人OA。大鼠在實(shí)驗(yàn)研究中不僅具有小鼠的優(yōu)勢(shì)，還具有生存能力強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)成功率高的特點(diǎn)，目前廣泛用于實(shí)驗(yàn)研究。豚鼠是自發(fā)性O(shè)A模型最常用的動(dòng)物，因?yàn)槠浒l(fā)病率與人OA相似，且性格溫順、體型較小易于飼養(yǎng)、觀察，花費(fèi)較低。家兔性格溫順，被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室研究，家兔因膝關(guān)節(jié)較大，可行關(guān)節(jié)內(nèi)操作，更適合OA動(dòng)物模型的選擇。大型哺乳動(dòng)物所需費(fèi)用比較昂貴，飼養(yǎng)成本大，由于OA實(shí)驗(yàn)研究需要大量動(dòng)物，因而不合適；但是相對(duì)于小動(dòng)物而言更適宜手術(shù)操作。有實(shí)驗(yàn)用刀在狗的膝關(guān)節(jié)軟骨上造成軟骨劃痕，

2周后出現(xiàn)OA病理變化，該動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)中可根據(jù)情況選擇[5]。

2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型

2.1 自發(fā)性動(dòng)物模型 自發(fā)性動(dòng)物模型是指實(shí)驗(yàn)動(dòng)物沒有任何人為因素參與的在自然狀態(tài)下形成的OA。Moskowitz等[6]記錄了30多個(gè)天然自發(fā)OA模型，其中對(duì)Hartly豚鼠的研究最多。Wei等[7]研究證明，Hartly豚鼠軟骨降解過程與人OA退行性變化相似。Hartly豚鼠達(dá)到約3月齡時(shí)，其膝關(guān)節(jié)軟骨組織主要表現(xiàn)關(guān)節(jié)面粗糙不平，軟骨細(xì)胞數(shù)異常，軟骨中糖胺聚糖異常分布，這與人OA形成的機(jī)制相似。肖萍等[8]在對(duì)2月齡Hartly豚鼠做實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)空白對(duì)照組1個(gè)月后即可自發(fā)出現(xiàn)軟骨組織病理性改變。Yamamoto等[9]對(duì)C57黑鼠關(guān)節(jié)軟骨組織分析研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增加，OA的發(fā)病率和嚴(yán)重程度逐漸增加，且退化過程十分類似人OA。人類在自然狀態(tài)下形成的OA與自發(fā)性動(dòng)物模型形成的OA有很多的相似之處，主要發(fā)病機(jī)制是關(guān)節(jié)受累過重，比如體質(zhì)量大、關(guān)節(jié)受力不均衡等。Bendele等[10]發(fā)現(xiàn)，減輕豚鼠體質(zhì)量后，可降低豚鼠膝OA的發(fā)生率及減輕OA的嚴(yán)重程度。這為臨床提供了思考，減輕體質(zhì)量，避免肥胖，少負(fù)重可以預(yù)防、減輕OA癥狀。該類動(dòng)物性格溫順，容易飼養(yǎng)，自然狀態(tài)下病理機(jī)制穩(wěn)定，是研究人OA形成機(jī)制的重要?jiǎng)游锬Ｐ?。但是該類?dòng)物自發(fā)形成的OA與人OA存在差異，而且形成時(shí)間長(zhǎng)，不易掌握數(shù)據(jù)，費(fèi)用高，導(dǎo)致該模型一般不作為實(shí)驗(yàn)研究的首選。

2.2 誘發(fā)性動(dòng)物模型 誘發(fā)性動(dòng)物模型是通過實(shí)驗(yàn)措施誘導(dǎo)OA的產(chǎn)生。科研人員可以通過人工干涉的方法更好地控制實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)以及收集數(shù)據(jù)，相比自發(fā)性O(shè)A模型更加穩(wěn)定，發(fā)病過程相對(duì)較短，是常選用的動(dòng)物模型。一般將誘發(fā)性模型分為手術(shù)方法和非手術(shù)方法兩大類，每類方法又具體分為很多種，以下是對(duì)實(shí)驗(yàn)中常用的幾種誘發(fā)動(dòng)物模型介紹。

2.2.1 手術(shù)方法 手術(shù)方法誘導(dǎo)OA，主要是通過造成關(guān)節(jié)正常受力改變，導(dǎo)致關(guān)節(jié)應(yīng)力長(zhǎng)時(shí)間處于失衡狀態(tài)使關(guān)節(jié)變形產(chǎn)生的動(dòng)物模型，也有部分手術(shù)方法是通過破壞相關(guān)組織影響軟骨細(xì)胞的正常生長(zhǎng)而產(chǎn)生的OA模型。目前常用的造模方法主要有Hulth模型、半月板切除法、前交叉韌帶切斷法、卵巢切除法、臀肌切斷法等。

2.2.1.1 Hulth模型 Hulth模型是最經(jīng)典的手術(shù)造模方法[11]，分為Hulth法和改良Hulth法。其中Hulth法是直接全部切除動(dòng)物膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)半月板，并切斷內(nèi)側(cè)副韌帶及前后交叉韌帶，使關(guān)節(jié)破壞，應(yīng)力失衡，造成關(guān)節(jié)腔狹窄，關(guān)節(jié)面摩擦增大，術(shù)后任其活動(dòng)，不固定傷肢，形成類似人OA的病理性改變。王婧等[12]在SD大鼠膝關(guān)節(jié)行Hulth法造模術(shù)后4周，出現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨表面粗糙不平等OA病理特征。方銳等[13]發(fā)現(xiàn)在兔膝關(guān)節(jié)行Hulth法造模后12周出現(xiàn)類似OA表現(xiàn)。Hulth模型破壞動(dòng)物維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定的幾條主要韌帶，使關(guān)節(jié)受力失衡，局部關(guān)節(jié)軟骨負(fù)重增加，加快關(guān)節(jié)軟骨變形，該類模型適合研究因韌帶損害導(dǎo)致的OA的治療及關(guān)節(jié)置換等方面的研究。但Hulth法對(duì)關(guān)節(jié)損傷比較大，很難避免關(guān)節(jié)感染和創(chuàng)傷對(duì)模型動(dòng)物生理破壞。因而王云峰等[14]對(duì)Hulth法進(jìn)行改良，將家兔右膝內(nèi)側(cè)半月板以及前交叉韌帶切斷，但不切斷后交叉韌帶，分別于造模后2，6，10，14周時(shí)觀察膝關(guān)節(jié)的組織學(xué)變化，結(jié)果在14周內(nèi)成功復(fù)制出不同時(shí)期的膝OA，證實(shí)了此種改良方法的可行性。改良Hulth法相對(duì)于Hulth法操作較為簡(jiǎn)單，手術(shù)創(chuàng)傷較小，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ洼^穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較可靠，有利于動(dòng)物模型造模成功，為OA的深入研究打下了基礎(chǔ)。

2.2.1.2 半月板切除法 半月板是維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的重要結(jié)構(gòu)，可傳布膝關(guān)節(jié)負(fù)荷力，能最大限度地增大關(guān)節(jié)間的接觸面和減少磨損，從而保證了膝關(guān)節(jié)長(zhǎng)期負(fù)重運(yùn)動(dòng)不受損傷[15]。Welch等[16]發(fā)現(xiàn)，切除大鼠膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)半月板模型中，4周時(shí)即發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)評(píng)分顯著增加，證明半月板切除法可以制備膝OA模型。宋濤等[17]對(duì)膝關(guān)節(jié)半月板切除的患者進(jìn)行隨訪，發(fā)現(xiàn)基本出現(xiàn)OA樣病理改變，得出結(jié)論：半月板切除后最終會(huì)導(dǎo)致膝OA。半月板切除法比Hulth法操作簡(jiǎn)單，手術(shù)創(chuàng)傷小，動(dòng)物模型穩(wěn)定，容易控制實(shí)驗(yàn)方向，可在較短時(shí)間內(nèi)完成造模，是手術(shù)方法造模比較可靠的方法之一。但這種造模方法對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物本身仍有不小的損傷，容易造成創(chuàng)傷性感染，因而該模型多用于研究因創(chuàng)傷引起的關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制，不適于探討藥物對(duì)OA生化代謝影響方面的研究[18]。

2.2.1.3 前交叉韌帶切斷法 前交叉韌帶切斷法是將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶切除造成局部關(guān)節(jié)應(yīng)力發(fā)生改變，導(dǎo)致軟骨細(xì)胞發(fā)生病理改變而引起OA。王婧等[12]將SD大鼠麻醉后剪斷其膝前交叉韌帶，不固定傷肢，任其自由活動(dòng)，術(shù)后

6周觀察到嚴(yán)重軟骨缺損，軟骨下骨開始硬化，說明前交叉韌帶切除法可造成OA改變。孫先潤(rùn)等[19]切斷SD大鼠右側(cè)膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶，于術(shù)后28 d

見全膝形態(tài)明顯改變，膝關(guān)節(jié)骨密度增高及滑膜纖維化增生等OA病理變化。前交叉韌帶切斷法較Hulth法有了較大的改進(jìn)，本模型手術(shù)創(chuàng)傷小，模型穩(wěn)定，成功率高，操作簡(jiǎn)便，是實(shí)驗(yàn)中常用的OA模型。但本法和半月板切除法一樣易出現(xiàn)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、滑膜炎癥和術(shù)后感染，該模型也是研究創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎較好的模型之一，因此實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)自身需求選擇[20]。因而在臨床上對(duì)于創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎應(yīng)避免負(fù)重，臥床為主，盡早修復(fù)創(chuàng)傷對(duì)OA的預(yù)防和緩解有很大幫助。

2.2.1.4 卵巢切除法 卵巢切除法是將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物卵巢切除致使雌激素缺乏而間接影響軟骨細(xì)胞改變引起OA的方法。李楠等[21]對(duì)SD大鼠行卵巢切除法，術(shù)后3個(gè)月大鼠出現(xiàn)不同程度關(guān)節(jié)軟骨層變薄，排列紊亂等OA病變表現(xiàn)，證明單純卵巢切除術(shù)可以成功建立OA動(dòng)物模型。李釗等[22]經(jīng)背部切口切除大鼠雙側(cè)卵巢，術(shù)后12周可見軟骨表面粗糙，表淺層軟骨細(xì)胞減少，軟骨細(xì)胞排列紊亂。該模型因其特殊的致病機(jī)制，適用于研究雌激素及其類似物對(duì)關(guān)節(jié)的保護(hù)作用和絕經(jīng)期婦女關(guān)節(jié)損害，因而臨床上對(duì)于女性O(shè)A患者，應(yīng)檢查體內(nèi)雌激素水平，并使之維持正常水平。但是其應(yīng)用面比較窄，操作復(fù)雜，造模時(shí)間長(zhǎng)，手術(shù)條件要求嚴(yán)格，很難實(shí)際應(yīng)用。

2.2.2 非手術(shù)方法 非手術(shù)方法是指通過外界壓力致使關(guān)節(jié)應(yīng)力失衡和機(jī)體系統(tǒng)循環(huán)障礙使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物發(fā)生OA樣改變而建立動(dòng)物模型的方法。目前主要有關(guān)節(jié)固定法、關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射法、骨內(nèi)高壓法等。該類方法操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)適用，不受手術(shù)創(chuàng)傷影響。

2.2.2.1 關(guān)節(jié)固定法 關(guān)節(jié)固定法又叫關(guān)節(jié)制動(dòng)，根據(jù)制動(dòng)部位可分為屈曲位和伸直位制動(dòng)，屈曲位制動(dòng)因限制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，減少關(guān)節(jié)附近肌肉和韌帶收縮運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨的萎縮性變化，伸直位制動(dòng)是使關(guān)節(jié)應(yīng)力發(fā)生改變而產(chǎn)生關(guān)節(jié)軟骨退變，因而臨床上多使用伸直位制動(dòng)法。唐進(jìn)等[23]用管型石膏將兔左后膝關(guān)節(jié)伸直位固定6周后，軟骨組織可見細(xì)胞減少，排列不規(guī)則，部分軟骨表面有破壞，說明伸直位關(guān)節(jié)制動(dòng)可導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎病變。田世坤等[24]

將兔膝關(guān)節(jié)伸直位固定，4周后出現(xiàn)軟骨退行性改變的OA癥狀。該方法直接在關(guān)節(jié)外操作，無手術(shù)創(chuàng)傷影響，操作簡(jiǎn)單，材料易于獲取，適合于外界因素導(dǎo)致的關(guān)節(jié)炎的研究。其缺點(diǎn)是動(dòng)物會(huì)在固定過程中感覺不適而撕咬扯壞固定的材料，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果和進(jìn)程，甚至吞服固定材料感到不適，有些材料如石膏等容易導(dǎo)致動(dòng)物死亡，因而模型制備的成功率不高，甚至導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗[25]。所以在選擇該動(dòng)物模型時(shí)要考慮到各種因素，并且在實(shí)驗(yàn)過程中盡可能一次性固定完美，避免耗材耗時(shí)。關(guān)節(jié)固定造模成功提示我們，對(duì)于OA的預(yù)防和緩解癥狀，應(yīng)適當(dāng)運(yùn)動(dòng)，避免運(yùn)動(dòng)限制以減輕軟骨

退變。

2.2.2.2 關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射法 關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射藥物可分為化學(xué)類、酶類、激素類等，化學(xué)因子刺激軟骨能快速形成類似人OA的終末期軟骨病理改變，常見的注射藥物有膠原酶、碘醋酸鹽、碘乙酸鹽、木瓜蛋白酶、菲律賓素等。其中最常用的是木瓜蛋白酶，關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射能較快誘導(dǎo)OA，較其他注射藥物具有造模成功率高、造模時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)[26]。

嵇波等[27]分別在造模第1，4，7 d將木瓜蛋白酶溶液與半胱氨酸溶液的混合液注射入兔膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)，造模4周后均出現(xiàn)OA病理改變。王平樂等[28]

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.6%的木瓜蛋白酶生理鹽水溶液注射入兔膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)，造模2周后可觀察到關(guān)節(jié)軟骨變薄，表面粗糙甚至有纖維樣改變等關(guān)節(jié)炎病理改變。王婧等[12]在鼠膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)注入100 μL碘乙酸溶液，造模4周后，軟骨出現(xiàn)明顯損傷；6周后，關(guān)節(jié)面軟骨層腐蝕殆盡。該模型造模時(shí)間短，能在短期內(nèi)形成類似人OA的軟骨終末病理改變，是最快形成的OA動(dòng)物模型，其創(chuàng)傷較小，模型穩(wěn)定，容易產(chǎn)生，適用于OA終末期軟骨病理、治療藥物及方法療效研究。臨床上應(yīng)避免此類藥物進(jìn)入關(guān)節(jié)腔內(nèi)。但不同動(dòng)物、不同部位所需的藥物劑量不同，實(shí)驗(yàn)中很難掌控，容易給實(shí)驗(yàn)帶來一定

誤差。

2.2.2.3 骨內(nèi)高壓法 骨內(nèi)高壓法是骨內(nèi)靜脈受阻導(dǎo)致靜脈淤滯、骨內(nèi)壓升高形成的早中期膝OA。戴七一等[29]結(jié)扎并切斷兔的右側(cè)臀下靜脈，右下腹部的股靜脈和大隱靜脈，造模8周后關(guān)節(jié)面可出現(xiàn)明顯缺損和骨贅形成，達(dá)到OA初中期的變化。黃肖華等[30]分別在股靜脈遠(yuǎn)、近端雙重結(jié)扎造模，造模8周后出現(xiàn)軟骨細(xì)胞排列紊亂，各層細(xì)胞數(shù)明顯減少等OA病理表現(xiàn)。賀文楠等[31]行結(jié)扎股靜脈并切斷腓腸肌內(nèi)外側(cè)頭造模，造模8周后出現(xiàn)滑膜增厚，軟骨纖維化，12周后出現(xiàn)軟骨面剝脫，有骨贅形成，證實(shí)了結(jié)扎股靜脈可誘發(fā)OA樣病變。該方法打破了骨內(nèi)和骨外軟組織血液循環(huán)之間的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致機(jī)體經(jīng)絡(luò)氣血阻滯不通，符合不通則痛的中醫(yī)理論。該模型對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的整體傷害較小，有利于后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究；但是對(duì)結(jié)扎靜脈的肢體傷害較大，可能會(huì)導(dǎo)致傷肢供血不足而壞死，引起動(dòng)物不適甚至死亡，使實(shí)驗(yàn)成功率低，因此該模型對(duì)實(shí)驗(yàn)水平要求較高。臨床上對(duì)于靜脈淤阻形成的OA應(yīng)活血化瘀通絡(luò)，使血液暢行，對(duì)于OA預(yù)防應(yīng)避免血管阻塞。